Quando si tratta di un trapianto di organi, i medici corrono contro il tempo - e il tempo non è dalla loro parte.
Una squadra di clinici deve prima rimuovere l'organo dal suo donatore, coordinando le mani guantate che si coordinano per spaccare abilmente il tessuto dal corpo. I medici preparano quindi l'organo raccolto per il trasporto al suo destinatario, che potrebbe essere a ore di distanza in aereo. Una volta che l'organo raggiunge la sua destinazione, l'operazione di trapianto può finalmente iniziare; ancora una volta, i chirurghi devono lavorare rapidamente per garantire sia la sicurezza del paziente che la vitalità dell'organo.
Questa descrizione può far sembrare la chirurgia del trapianto di organi come un dramma televisivo, con il personale medico che corre veloce attraverso i corridoi dell'ospedale portando refrigeratori pieni di parti del corpo. Ma tutto il correre su solleva una domanda che è molto più importante di uno spettacolo televisivo: quanto tempo può durare un organo fuori dal corpo e rimanere in forma per il trapianto?
Dipende dall'organo. Per ora, la finestra temporale può essere tra le 4 e le 36 ore. Ma un giorno, i medici sperano di essere in grado di mantenere gli organi per settimane intere.
Organi sul ghiaccio
Nel 2018, oltre 36.500 trapianti di organi hanno avuto luogo solo negli Stati Uniti, secondo la United Network for Organ Sharing (UNOS). Di gran lunga, i reni erano l'organo più comunemente trapiantato, con oltre 21.000 trapianti avvenuti l'anno scorso. I successivi organi più comunemente trapiantati furono il fegato, il cuore e il polmone, in quell'ordine, seguiti da trapianti di pancreas, intestino e multiorgani.
La maggior parte degli organi vengono messi in "celle frigorifere statiche" dopo essere stati raccolti, il che significa che l'organo viene depositato in un dispositivo di raffreddamento pieno di ghiaccio, secondo un rapporto del 2019 del Journal of International Medical Research.
"L'idea originale per la conservazione del freddo è molto simile a quando mettiamo i nostri alimenti in frigorifero", ha dichiarato il dott. Mingyao Liu, direttore dell'Institute of Medical Science e professore di chirurgia, medicina e fisiologia all'Università di Toronto.
Prima di mettere un organo in una cella frigorifera, i medici lavano i tessuti con una "soluzione di conservazione" per proteggere l'organo dai danni causati dal freddo estremo, ha detto Liu a Live Science.
A temperatura corporea, le cellule pompano sostanze chimiche dentro e fuori le loro membrane per mantenere basse concentrazioni di sodio e alte concentrazioni di potassio all'interno della cellula. Ma le celle fredde non possono pompare in modo efficiente. I prodotti chimici perdono attraverso le loro membrane e, nel tempo, le cellule che perdono si gonfiano di liquido in eccesso, subendo gravi danni. Le soluzioni di conservazione aiutano a ritardare questo danno mantenendo sotto controllo i livelli di sodio e potassio. Queste soluzioni possono contenere anche sostanze nutritive e antiossidanti per sostenere le cellule e attenuare l'infiammazione, ha detto Liu. In combinazione con ghiaccio e un dispositivo di raffreddamento, le soluzioni di conservazione possono mantenere gli organi vitali per ore dopo il raccolto.
A temperature comprese tra 32 e 39 gradi Fahrenheit (0 e 4 gradi Celsius), il metabolismo cellulare scende a circa il 5% della sua velocità normale, quindi i tessuti bruciano attraverso le loro riserve di energia molto più lentamente e richiedono meno ossigeno per sostenere la loro attività. Per questo motivo, il raffreddamento di un organo aiuta a ritardare l'insorgenza dell'ischemia, una condizione in cui il tessuto viene danneggiato o disfunzionale a causa della mancanza di ossigeno.
Mettere un organo sul ghiaccio allunga anche le scorte limitate di energia delle sue cellule, impedendo ai metaboliti dannosi di accumularsi e abbattere i tessuti dell'organo, secondo un rapporto del 2018 sullo Yale Journal of Biology and Medicine.
Tra gli organi comunemente trapiantati, i cuori perdono la vitalità il più velocemente se conservati in un dispositivo di raffreddamento, ha affermato il dott. Brian Lima, direttore della chirurgia del trapianto di cuore presso il North Shore University Hospital di Manhasset, New York. Idealmente, un cuore non dovrebbe essere posto in celle frigorifere statiche per più di 4-6 ore, ha detto. A 4 ore, la funzione delle cellule cardiache inizia a fallire e la probabilità che l'organo non funzioni correttamente nel suo ricevente aumenta drammaticamente. L'insufficienza di trapianto d'organo, nota come disfunzione del trapianto primario, è la "complicanza più temuta" associata ai trapianti di organi solidi, ha detto Lima.
"Il cuore ... è più sensibile alla mancanza di flusso sanguigno", ha detto Lima. "I reni, d'altro canto, sono molto resistenti." I reni raccolti possono rimanere vitali per 24-36 ore in celle frigorifere, più a lungo di qualsiasi degli altri quattro principali organi da trapianto. I polmoni possono rimanere vitali per 6-8 ore, ha detto Lima, e il fegato può rimanere in cella frigorifera per circa 12 ore, secondo il dottor James Markmann, capo della divisione di trapianto presso il Massachusetts General Hospital di Boston.
Un metodo alternativo
Sebbene a bassa tecnologia, il metodo del dispositivo di raffreddamento del ghiaccio "offre un modo semplice ed efficace per preservare e trasportare gli organi" ed è stato ampiamente utilizzato dagli anni '60, secondo il rapporto 2018 di Liu. Ma la tecnica non è priva di inconvenienti. Non solo gli organi in celle frigorifere perdono la vitalità in poche ore, ma anche i medici non hanno modo di valutare la qualità degli organi refrigerati, ha detto Liu.
Fondamentalmente, nessun test oggettivo può dire ai medici se un organo è ancora funzionale quando l'organo in questione si trova in un refrigeratore freddo, il suo metabolismo cellulare si sta esaurendo al rallentatore. Tuttavia, un'alternativa alla conservazione frigorifera consente ai medici di controllare gli organi prima che vengano trapiantati e questa opzione potrebbe presto diventare più comune, gli esperti hanno detto a Live Science.
Questo metodo alternativo di conservazione, noto come perfusione, prevede l'aggancio di un organo raccolto a una macchina che pompa il fluido ricco di ossigeno e nutrienti attraverso i tessuti dell'organo, come farebbe il cuore nel corpo, secondo il rapporto del 2018 della rivista Yale . Mentre collegato alla macchina, mentre l'organo metabolizza energia e produce rifiuti, le sue riserve di zucchero vengono riempite e i suoi metaboliti tossici eliminati.
Prima che i chirurghi raccolgano un organo, il cuore del donatore smette di pompare sangue ossigenato nei tessuti per un periodo di tempo, causando danni. Posizionare un organo in una macchina per perfusione può dare al tessuto la possibilità di guarire, Markmann ha detto. Inoltre, i medici possono effettuare il check-in sull'organo monitorando i livelli di lattato di metaboliti che circolano nel sistema. Le cellule usano il lattato durante le normali funzioni metaboliche, quindi "se l'organo funziona bene, il lattato dovrebbe essere eliminato" nel tempo, Markmann ha detto.
"Il lattato è nel migliore dei casi una misura metabolica grezza della perfusione attraverso il corpo", ma serve ancora come misura superiore rispetto al bulbo oculare di un organo quasi congelato prima del trapianto, ha aggiunto Lima. A seconda dell'organo, i medici possono anche valutare la salute del tessuto con altre misurazioni, come la produzione di bile da parte del fegato.
La perfusione potrebbe mantenere gli organi in salute più a lungo?
Alcuni sistemi di perfusione richiedono ancora il raffreddamento dell'organo come parte del processo di conservazione, ma negli ultimi 20 anni diversi gruppi di ricerca hanno optato per mantenere caldo l'organo e inondare i tessuti di sangue caldo. A temperature comprese tra 68 e 92 F (20 e 33 ° C), gli organi isolati funzionano come nel corpo umano. Entrambi i sistemi di perfusione fredda e calda sono ora ampiamente utilizzati in Australia e nel Regno Unito, ma la maggior parte di questi dispositivi rimane negli studi clinici negli Stati Uniti.
Tuttavia, un sistema di perfusione negli Stati Uniti ha fatto notizia a dicembre come parte di un primo trapianto di cuore nel suo genere. I medici del Duke University Medical Center di Durham, nella Carolina del Nord, hanno rimosso il cuore di un paziente dopo che aveva smesso di battere; hanno quindi essenzialmente "rianimato" l'organo usando un sistema di perfusione calda, secondo la CNN. In genere, i cuori vengono rimossi dai donatori cerebrali prima che l'organo smetta di battere, per evitare danni estesi dall'ischemia. I medici avevano precedentemente "rianimato" i cuori pediatrici negli Stati Uniti, ma non avevano mai usato il sistema su un organo adulto. In paesi che hanno usato il sistema per anni, il pool di donatori di cuori accettabili è aumentato di circa il 30% al 40%, ha detto Lima.
"Se questo si traduce negli Stati Uniti, stiamo parlando di grandi numeri", ha aggiunto.
Jacob Schroder, un assistente professore di chirurgia della Duke University e uno dei chirurghi che hanno contribuito a eseguire il trapianto cardiaco di riferimento, ha detto alla CNN che l'uso del sistema a livello nazionale potrebbe "aumentare il pool di donatori e il numero di trapianti del 30%".
Sebbene il pool di donatori possa espandersi, le condizioni degli organi migliorerebbero? Ad oggi, pochi studi hanno confrontato direttamente la conservazione più fresca con la perfusione, ma in genere gli organi perfusi sembrano andare meglio.
Ad esempio, in uno studio che ha confrontato un sistema di perfusione epatica con una normale cella frigorifera, i medici hanno rifiutato solo 16 fegati perfusi, rispetto ai 32 provenienti da dispositivi di raffreddamento, e gli organi perfusi sembravano meno danneggiati, secondo Stat News. Liu ha affermato di aver osservato tendenze simili nel suo lavoro con i trapianti di polmone. Liu e i suoi colleghi hanno sviluppato un "sistema di perfusione ex vivo" per i polmoni; prima della sua introduzione, meno del 20% dei polmoni donatori sono stati trapiantati con successo nell'ospedale della sua università. Ora, il programma ha ampliato la sua attività del 70% ", con risultati eccellenti", secondo un rapporto del 2018.
In genere, i polmoni rimangono collegati al sistema di perfusione per 4-6 ore, ma il lavoro sperimentale con organi di animali suggerisce che i polmoni perfusi potrebbero rimanere vitali per 12-18, e forse anche fino a 36 ore, ha detto Liu. Ha aggiunto che, un giorno, un organo potrebbe essere perfuso per settimane. Più a lungo possono essere lasciati organi sul sistema, più tempo i medici dovrebbero riparare i tessuti danneggiati. Liu e i suoi colleghi stanno ora studiando come l'infiammazione e la morte cellulare possano essere inibite nei polmoni perfusi. Ma in futuro, forse gli organi potrebbero essere trattati con terapie geniche o delle cellule staminali mentre sono collegati a una macchina per perfusione, ha detto.
Per ora, tuttavia, la maggior parte degli organi donati viaggia ancora verso i loro destinatari immersi in refrigeratori di ghiaccio che si scioglie. Perché?
"Onestamente, l'ostacolo è il costo", ha detto Lima. Un sistema di perfusione per un singolo organo può costare diverse migliaia di dollari, il che ovviamente supera il prezzo di un dispositivo di raffreddamento standard, ha detto. Poiché pochi studi hanno confrontato la perfusione con la conservazione frigorifera standard, non esistono "dati sconvolgenti" che possano convincere gli ospedali a passare a livello nazionale.
Ma dato il recente successo del trapianto di cuore Duke, Lima ha affermato che la perfusione potrebbe presto diventare lo standard di cura.
